作者:彭昭(物聯(lián)網(wǎng)智庫創(chuàng)始人&云和資本合伙人)

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類似于數(shù)碼相機(jī)取代膠卷相機(jī),當(dāng)前科技領(lǐng)域一個(gè)很明確的趨勢是軟件正在吞噬世界,軟件定義網(wǎng)絡(luò)、軟件定義存儲、軟件定義數(shù)據(jù)中心…而工業(yè)界正處于“軟件定義工控”的變革前夜。可以預(yù)判,未來的工控格局一定會發(fā)生重大變化,有遠(yuǎn)見的企業(yè)都在加速擁抱軟件,一切只是時(shí)間問題。

在《創(chuàng)新者的窘境》一書中,作者哈佛商學(xué)院教授克里斯坦森介紹的柯達(dá)被超越的故事令人記憶猶新。

1975年,“膠卷相機(jī)之王”柯達(dá)公司里有一名工程師,沒日沒夜的鼓搗出了一個(gè)類似“面包盒”的機(jī)器,它就是歷史上第一部數(shù)碼相機(jī)。

雖然擁有數(shù)碼相機(jī)的發(fā)明者,但柯達(dá)公司卻將這個(gè)技術(shù)“雪藏”了。

因?yàn)橛辛诉@個(gè)設(shè)備,從此拍照就可以不用膠卷了。這等于徹底動(dòng)搖了柯達(dá)的發(fā)展根基,當(dāng)時(shí)在照相膠卷市場,柯達(dá)一度占據(jù)90%的市場份額。

大勢難擋,對數(shù)碼相機(jī)的“封殺”令柯達(dá)錯(cuò)失了創(chuàng)新良機(jī)。

故事的結(jié)果大家也很清楚——最終在2012年,柯達(dá)申請破產(chǎn),宣告著這家有著131年歷史的巨無霸公司從此退出歷史舞臺。

類似于數(shù)碼相機(jī)取代膠卷相機(jī),當(dāng)前科技領(lǐng)域一個(gè)很明確的趨勢是軟件正在吞噬世界,軟件定義網(wǎng)絡(luò)、軟件定義存儲、軟件定義數(shù)據(jù)中心…

而工業(yè)界正處于“軟件定義工控”的變革前夜。

工業(yè)是一個(gè)縱深層次很多的領(lǐng)域,而且還可以不斷切分。從整體的設(shè)備和產(chǎn)線出發(fā),下面有顯示面板、控制器、變頻器,再下面有交換機(jī),再再下面還有執(zhí)行元器件,再再再到底層的傳感器、各種傳動(dòng)器件…

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)從信息層向控制層、傳感層滲透,通過軟件的推動(dòng)和革新,更容易實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略躍遷。

可以預(yù)判,未來的工控格局一定會發(fā)生重大變化,有遠(yuǎn)見的企業(yè)都在加速擁抱軟件,一切只是時(shí)間問題。

不過在今天的工控領(lǐng)域,仍舊存在很多“黑匣子”,完成各種離散控制、過程控制和運(yùn)動(dòng)控制。這些黑匣子中的控制硬件與軟件緊緊綁定在一起,其核心技術(shù)由傳統(tǒng)的少數(shù)幾家工業(yè)自動(dòng)化巨頭所掌控。

雖然基于軟件的控制器已經(jīng)被提出一段時(shí)間,但是情況并沒有很大的改觀,工控的“江湖”仍舊是專用硬件的天下。

究其原因,“軟件定義工控”的星星之火還沒有達(dá)到足夠“燎原”的火候,技術(shù)的穩(wěn)定成熟和市場的推動(dòng)力量需要時(shí)間醞釀。

不過,隨著虛擬化技術(shù)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),以及邊緣計(jì)算能力的進(jìn)步,使用基于軟件的控制系統(tǒng)來代替“黑匣子”成為工控領(lǐng)域一股蒸蒸日上的明確勢力,由此產(chǎn)生的變革將非常深遠(yuǎn)。

最近我觀察到了一些“軟件定義工控”的拐點(diǎn)信號。多年之后才會發(fā)生的變化,如果回溯可能都將源于2021。

因此本文將這些信號做個(gè)記錄,留待日后評判。

01

信號1:逐步趨近10倍好

克里斯坦森提出的顛覆性創(chuàng)新,描述了規(guī)模小、資源少的公司,成功挑戰(zhàn)在位大企業(yè)的過程。

大公司往往聚焦于高端市場改善產(chǎn)品和服務(wù)。而成功的顛覆性創(chuàng)新企業(yè)則聚焦于被忽略的細(xì)分市場,從低端或者特定場景切入,通過提供性價(jià)比或使用感受更好的產(chǎn)品獲得立足之地。

在獲得部分市場的認(rèn)可之后,創(chuàng)新型企業(yè)逐步向高端的主流市場移動(dòng),當(dāng)大部分用戶開始接納新產(chǎn)品和服務(wù)時(shí),顛覆便產(chǎn)生了。

不過一款新產(chǎn)品若想成功,就必須比此前的產(chǎn)品好上10倍,這樣才算真正擁有一個(gè)讓用戶采用新品的足夠理由。

雖然傳統(tǒng)的工業(yè)控制器滿足了高端市場的大部分需求,但是基于軟件的控制器正在憑借更靈活的架構(gòu),以及更高的性價(jià)比切入部分細(xì)分市場。

最近德國的一位工程師,在知名雜志SPS上描述了他們使用基于軟件的控制器,操作傳送帶和碼垛機(jī),進(jìn)行工廠內(nèi)部物流自動(dòng)控制與管理的過程。

這位工程師帶領(lǐng)了包含他在內(nèi)的三人研發(fā)小組,在壓力大、任務(wù)重、調(diào)試時(shí)間緊的條件下開始了工作。

他們面對的是一個(gè)具有高度靈活性、軟件程序需要根據(jù)需求更新、停機(jī)切換時(shí)間非常有限的場景,很難找到能夠直接滿足需求的現(xiàn)成產(chǎn)品。上圖是工廠中倉庫的照片。

藝高人膽大,因?yàn)樽x了一篇長篇博客,其中介紹了一種基于軟件的控制器解決方案,他們就開始了網(wǎng)上下載控制程序、在YouTube看視頻學(xué)習(xí)調(diào)試方法的看似“不靠譜”之旅。

這種做法的直接好處有兩點(diǎn),他們獲得了系統(tǒng)軟件的平臺化,以及應(yīng)用軟件的多樣化。通過軟件可以對硬件資源進(jìn)行統(tǒng)一的管控、配置與分配。應(yīng)用軟件不受硬件資源約束,可以對外提供更為靈活高效的服務(wù)。

最終,基于云端軟件的控制器取得了6倍好的結(jié)果。

過去需要兩個(gè)小時(shí)來進(jìn)行配置的物流控制系統(tǒng),現(xiàn)在只需要20分鐘,提速了6倍。雖然距離10倍還有差距,但他們至少已經(jīng)上路了。

02

信號2:成本降低超過一半

另一家名為KINGSTAR的公司發(fā)布了一份白皮書,基于8軸運(yùn)動(dòng)控制場景,對比了基于硬件的運(yùn)動(dòng)控制方案,和基于軟件實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)控制方案。

結(jié)果是顯而易見的,使用基于軟件的方式來做運(yùn)動(dòng)控制,只需要通用的工控機(jī)或者電腦做硬件,可以顯著降低總體擁有成本,費(fèi)用僅有原先的44%,節(jié)約了56%。

而且基于軟件的運(yùn)動(dòng)控制方案使用起來更加靈活,在計(jì)算能力上具有更高的性能,以及更好的可擴(kuò)展性。

這份白皮書還說明,過去被認(rèn)為對實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性要求非常嚴(yán)苛的運(yùn)動(dòng)控制場景,目前也存在使用基于軟件的方案進(jìn)行替代的可能性。

通過軟件+工控機(jī)+實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的組合,可以實(shí)現(xiàn)不亞于原有專用硬件控制器的性能。

03

信號3:銷售以5倍速擴(kuò)張

市場分析公司IoT Analytics比較了倍福公司和羅克韋爾公司的銷售情況,倍福公司是基于軟件控制技術(shù)的主要供應(yīng)商之一。

倍福的強(qiáng)項(xiàng)在于軟控制器,羅克韋爾的強(qiáng)項(xiàng)在于硬控制器,兩者的對比堪稱軟硬世界的兩個(gè)代表。

雖然起步的基數(shù)很小,但是自從2000年以來,倍福的銷售復(fù)合年增長率約為15%,而同期羅克韋爾公司的工廠自動(dòng)化業(yè)務(wù)部門,復(fù)合年增長率僅為3%,倍福是其5倍。

這種增長率的差異導(dǎo)致,倍福與羅克韋爾工廠自動(dòng)化業(yè)務(wù)的銷售額對比,從2000年的不到5%,增長為目前的大于30%。

進(jìn)一步的研究顯示,從2019年到2025年,基于軟件的工控系統(tǒng)比例,預(yù)計(jì)將翻一番,將從整個(gè)工業(yè)控制器市場的3．5%增長到7%。

星星之火已經(jīng)點(diǎn)燃。

寫在最后

最早在1985年,隨著Windows的發(fā)布誕生了第一批基于軟件的工業(yè)控制器,不過彼時(shí)的他們之中沒有一款能在市場上立足。

藍(lán)屏、死機(jī)、易受攻擊是Windows系統(tǒng)的通病,在那時(shí),虛擬化、容器化、邊緣計(jì)算也無從談起。

時(shí)間快進(jìn),如今的技術(shù)環(huán)境已經(jīng)發(fā)生了顛覆性的變化。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、容器技術(shù)、各種開源軟件、低成本的邊緣計(jì)算硬件…觸手可及。

在去年的工博會上,業(yè)界首個(gè)使用5G通過云端軟件進(jìn)行操控的工控解決方案正式亮相。

軟件定義工控有可能在2021迎來真正的春天。

對于這個(gè)新鮮事物,不妨多給它一些包容和耐心,市場最終會做出自己的選擇。

參考資料:

1． Updates für Codesys-Steuerungs applikationen, 600% schneller über die Cloud,來源:SPS magazin

2． Soft PLCs: The industrial innovator’s dilemma,來源:IoT Analytics

3． Software vs Hardware Machine Control: Cost and Performance Compared,來源:KINGSTAR